水泵自动化毕业论文

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1、目录序 言 2第1章 水泵控制系统概述 41.1水泵控制系统的组成（框图及工作原理） 41.2水泵基本参数61.3 技术要求 61.3.1 控制性能和方式71.3.2数据采集、逻辑运算、记录及显示、打印71.3.3保护功能81.3.4通讯91.3.5有足够的升级冗余 9第2章PLC的选型102.1 PLC 简介102.1.1 PLC基本概念102.1.2 PLC基本结构122.1.3 PLC的工作原理152.1.4 PLC系统的其它设备162.1.5 PLC的通信联网162.1.6 PLC软件系统及常用编程语言172.2 PLC的选择182.2.1控制系统设计的基本原则 182.2.2 S7-

2、300的基本性能182.2.3 S7-300的基本组成192.2.4 S7-300 的通讯202.2.5 S7-300的基本结构20第3章 水泵PLC控制设计213.1控制方案设计 213.1.1设计原则及技术标准213.1.2控制系统改造方案 213.2控制系统组成 263.2.1系统结构 263.2.2地面上位机部分283.2.3井下泵房监控站部分283.2.4传感器部分 293.3系统功能 293.3.1控制功能 293.3.2显示及数据记录功能 313.5系统技术性能及特点 37第4章 检测与保护384.1 水仓水位检测384.2排水管路流量检测384.3真空压力检测 384.4水泵压

3、力检测 394.5 保护功能 394.6 KX15/660（380）DZ矿用电动阀门控制箱BC-404.7、电动闸阀 MZ941H-100DN250 41结束语 43参考文献 42致谢 40序言高产、优质、安全、节能、省力，减少岗位人员，最终达到降低 成本，提高劳动生产率以获取最大利润是今后煤炭企业在竞争中生存 的基础，煤矿要发展、要生存，必须走安全、高产、高效、实现矿井 自动化之路，通过自动化建设实现减员增效、降低成本，提高劳动生 产率，而井下排水自动控制系统是煤矿自动化的一个重要组成部分。实现井下排水系统的自动化控制：第一、可依据水仓水位起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成 本，节能增效。

4、第二、可减少看护人员，并可充实设备维护检修队伍，提高维护 质量，减少事故发生，变发生事故后的被动检修为主动的定期检修， 提高设备的使用率，实现减人增效。第三、可以保证煤矿的安全生产，改善工作环境，提高劳动生产 率。第四、可有效的保护水泵电机等设备，延长使用寿命，减少事故 停机时间，提高排水能力。第五、可有效的提高突、透水事故的应急处理能力，防止灾害的 发生。随着计算机控制技术及以微处理器为核心的可编程序控制器的普 遍应用，结合矿井排水系统的特点，在确保先进性与可靠性的基础上 采用矿用本质安全型工业控制计算机庞大的软硬件资源，通过各种先 进可靠的传感器、保护装置、电动闸阀、电动球阀等设备组成矿井

5、主 排水自动控制系统。该自动控制系统达到准确及时的掌握各种设备的 工作状态、减少排水系统操作人员工作量，降低劳动强度，结合水仓 水位变化充分提高煤矿井下主排水系统效率，使水泵排水系统能够安 全可靠、节能高效、经济合理的优化运行。对于进一步实现全矿井生 产系统的自动化、科学化、网络化管理具有十分重要的意义。矿井下的涌水由井下各个岩层渗出水组成，涌水沿各巷道排水沟 流入水仓积存。井下水泵房排水系统是煤炭矿井的关键系统之一。本 方案从实际出发，在井下泵房配备一套适合于煤矿井下环境的自动控 制系统（简称系统），以实现排水自动化控制。第 1 章 水泵控制系统概述1.1 水泵控制系统的组成（框图及工作原理

6、）监控主机地面核丿心交换机 井下 地面slDL2JSJDD DO DO DO DO1#KDK8I环网交换机井下环网系统勺口/本安控制计算机水泵控图 1-1 水泵系统与自动化平台连接水泵控制原理图电器动作顺序表：1、当水位在正常水位时，开关SQ闭合KM吸合M工作B 1 1当水位到警戒水位时，开关SQ、SQ闭合KM吸合一MA B 1 1工作KM吸合一M工 22作当水位到乏水位时，开关SQ打开KM断开一M停止 C 1 12、主泵需要检修时，按下SBIKM吸合SB自保3 3 3KM断开一M停11KM 吸合 M 工223、人工手动操作启动按钮洱，停止按钮1.2 水泵基本参数1、水泵水泵型号：水泵数量：7

7、台流量：三趟总管路流量监测（每台总管路一台流量监测压力：6.4MPa10MPa2、射流装置射流装置型号：射流装置数量：7 套射流装置工作压力：-0.1MPaO.1MPa3、阀门电动闸阀数量：每台泵一台电动闸阀，共7 台电动球阀数量：每台泵两台电动球阀，共14台1.3 技术要求系统及设备符合国家相关标准和煤炭行业标准要求。井下硬件设 备需具有国家煤安标志、生产许可证和防爆合格证，满足防爆、防尘 抗高温潮湿和电磁干扰的要求。1.3.1 控制性能和方式（1）系统对电动机和电动闸阀具有远控、就地自动、就地手动三 种工作方式。（2）每台水泵可设置“运行”、“备用”、“检修”三种工作方式。（3）系统能够自

8、动判断水泵和排水管路的效率和累计运行时间 , 对效率和累计运行时间超过规定的及时警示和提醒进行更换。（4）在正常自动运行状态下，系统能根据吸水井水位、水位上升 速率等检测计算值判断矿井涌水量，自动控制开、关电动闸阀，启、 停水泵以及自动判断启、停台数；系统能根据给定的电力避峰填谷时 间段实现节能运行；系统能够根据轮换工作原则，自动实现水泵的轮 换运行，避免单台水泵长期运行导致故障。系统通过以上方式以安全 高效为基本原则达到自动化节能优化运行。（5）系统要有当矿井发生突、透水等重大事故情况时的应急处理程序，从而实现灾害情况下排水系统的抗灾型有序运行。1.3.2 数据采集、逻辑运算、记录及显示、打

9、印（1）模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电压（开关 改造后实现）、电流（开关改造后实现）、电机定子及轴承温度、吸水 管真空度、排水管压力、流量等。数字量检测的数据主要有：手动、 自动控制方式，远程、就地控制方式，水泵启、停状态，水泵故障信 号，水泵电机启、停状态，各闸阀的工作状态与启、闭状态等。（2）通过数据自动采集连续检测水仓水位，控制水泵的启停和运 行台数。（3）可将系统的各种参数状态、故障及开停时间、水泵及管网效 率统计等信息记录到历史数据库中，并可分时间段统计查询。（4）系统能够实时动态模拟显示系统的整体运行状态和设备检测 值，如水仓水位、水泵流量、排水管状态、电流、电压及电

10、动机、电 动闸阀等的各种工况状态；可实时显示系统各设备的故障信息，并按 故障级别分别发出相应报警；系统具有水位、流量、电流、压力等模 拟量的实时及历史曲线显示。（5）具备故障记录，历史数据查询、打印等功能。打印分人工打 印、自动打印、事故打印等。1.3.3 保护功能（1）超温保护：对于电动机内部预埋的三相定子及两端轴承的 Pt100 电阻信号，系统可直接接受该信号，当温度超过设定值和上升速 率超过规定时，应及时报警并退出运行。（2）水泵起动保护：根据水泵起动时流量、压力、真空度等参数 自动判断水泵是否正常起动，非正常起动时能及时报警并顺序起动下 台水泵。（3）当电机、水泵、电动闸阀、系统故障时

11、，能及时发出告警信 息并在监视后台以声光、闪烁、推画面等显著警示，并显示故障情况， 警示工作人员修复。1.3.4 通讯系统通讯接口采用统一、标准的接口组件（具有以太网接口），通 讯协议采用标准、开放的协议，能够与整个矿井综合自动化信息系统 无缝连接。1.3.5 有足够的升级冗余系统的升级只是对 CPU 升级。由于新出的 CPU 和旧的 CPU 版本 号不同，会出现不兼容的现象。在 400H 冗余系列，需要升级的居多， 因为一主一备，有一个坏了，换新的CPU,版本不同，同步通讯就不 能进行，所以必须对旧的CPU升级。升级很简单，拔出存储卡，插入 升级卡就可以升级了。1.3.5 原控制系统存在的问

12、题 在原来的控制系统由于是采用漂浮来控制水泵电机的运行与停 止，所以对于水位和储水量的控制不是很精准。原控制回路里，人为控制的因素比较多，所以加重了人的劳动强 度。原控制回路系统中采用的开关设备较多，与电子产品相比，系统 的稳定性较差。第 2 章 PLC 的选型2.1 PLC 简介2.1.1 PLC 基本概念本世纪 60 年代,由于小型计算机的出现和大规模产生及多机群控 的发展,人们曾试图用小行计算机来实现工业控制 ,代替传统的继电接 触器控制.传统的继电接触器控制采用的是固定接线方式 ,一旦生产过 程有变动,就得重新设计线路连线安装不利于产品的更新换代 .但利用 小型计算机实现工业控制价格昂

13、贵,输入、输出电路不匹配，编程技术 复杂，因而没能推广和应用。60 年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不 断更新的需要，在1968年美国通用汽车公司（GM）首先公开招标， 对控制系统提出的具体要求基本为：（1）它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本 低；（2）它能把计算机的功能和继电器结合起来。但编程有比计算机 简单易学、操作方便（3）系统通用性强。其使用及维护非常方便简单（1）硬件配置方便。PLC的硬件是专门生产厂家按照一定标准的 规格生产的,硬件可以按实际需要配置，到市场上可以方便的买到。（2）安装方便。内部不需要接线和焊接，只需编写程序就可以了。 使用方便

14、。接点的使用不受次数限制，内部器件可多到使用户不感到 有什么限制。只需考虑输入，输出点个数，这可由各种PLC类型来控制。（3）维护方便。PLC配备有很多监控提示信号，能检查出自身所 出故障，并随时显示给操作人员，能动态的监视控制程序的执行情况 为现场的调试和维护提供了方便，而且接线少，维修时只需要换插入 式模块，维护方便。再次，它的运行稳定可靠。PLC是专门为工业设计的。在设计和制造过程中采用了多层次抗干 扰和精选元件措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运 行的稳定性和可靠性较高。PLC是以集成电路为基本元件的电子设备, 内部处理不依赖于接点，元件的寿命几乎不用考虑。目前PLC的整机

15、平 均无故障工作时间一般在 25 万小时。甚至更高。最后，它的设计施 工周期短。使用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场施工 和PLC程序设计可以同时进行，周期短，而且程序的调试和修改都很方 便。综上所述，可编程控制器在性能上均有继电器逻辑控制，与微型 计算机，单片机相比。它也是一种用于工业自动化控制的理想工具。 可编程控制器是计算机家族中的一员 ,是为工业控制应用而设计制造 的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的 发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围 ,因此,今天这种 装置称作可编程控制器，简称PCo但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC2.1.2 PLC 基本结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬